先进复合材料已发展成为航空航天结构的基本材料,而纤维自动铺放技术是欧美发达国家近30年来广泛发展和应用的低成本制造技术,大大提高了复合材料预浸料的利用率和生产效率,是复合材料自动化成型的典型代表。压辊作为纤维自动铺放装备的关键执行头元件,其弹性层部分直接与丝束接触,为丝束提供了一定的铺放压力和铺放速度,其不同的材料属性、设计参数及结构形式均直接对纤维铺放质量有重要的影响。在纤维自动铺放过程中,为了提高各个预浸丝束的压力分布一致性和受压时间,AFP压辊必须具有较高的压力分布均匀性和较大的接触面积。首先,论文建立了纤维自动铺放仿真模型并搭建了相应的试验平台,对不同硬度硅橡胶压辊在不同型面模具上进行了铺放仿真与试验研究,并提出了采用感压胶片对压力分布和接触面积的测试方法。结果表明,低硬度硅橡胶压辊有较大的变形能力,易适应接触表面的不平整度和大曲率凹凸面模具,同时与丝束产生的接触面积较大;但在平面模具上铺放时,其压力分布在轴线两端下降得较快。故铺放大曲率和平面模具时应分别优先选用硬度较低和较高的压辊材料。其次,为探究压力分布均匀性和接触面积单独对层间剪切强度的影响,论文制备了复合材料层合板试样,并完成了对样件的孔隙分布和断裂模式的显微观察以及层间剪切强度力学性能测试。试验表明,压力分布不均匀度减小39.5%,层间剪切强度上升了 8.9%;接触面积增加44.4%,层间剪切强度上升了 5.0%。增加压力分布均匀性和接触面积可有效提高层合板的力学性能。最后,论文以提高压力分布均匀性为主要考核指标,对压辊设计参数进行了优化设计,并提出了正交参数和单因素仿真相结合的方法,得到了优化后的压辊直径为80mm,压辊长度为120mm。验证结果表明,采用优化后的压辊铺层使压力分布不均匀度最大降低了15.9%,可有效提高纤维铺放质量和层间剪切强度。针对整体式柔性压辊在大曲率模具上铺放时压力分布不均匀的不足,设计了一种多片式柔性压辊结构,与整体式柔性压辊相比压力分布不均匀度减小了 76.6%。在保证压辊单元最大位移量相同时,得到了在凹面与凸面模具上铺放时的最小曲率半径为384.5mm和573.5mm;在保证凹凸面模具铺放曲率相同时,得到了最小曲率半径为473.8mm。